Bioimpedanz-Spektroskopie
Bild 1: Cole-Modell.
Bild 2: Beispielhaftes Impedanzspektrum einer BIS-Messung.
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Projektbeschreibung
Bei der Bioimpedanzspektroskopie (BIS) handelt es sich um ein nicht-invasives Messverfahren. Ziel ist es, die komplexe, frequenzabhängige Impedanz in einem Spektrum zwischen typischerweise 1 kHz und 1 MHz zu messen, um beispielsweise die Köperzusammensetzung zu ermitteln.
Methoden
Bei der BIS kommt die etablierte Vierpunktmessung zum Einsatz, bei welcher zwischen zwei Elektroden ein kleiner, ungefährlicher Wechselstrom eingespeist und an zwei weiteren Elektroden der resultierende Spannungsabfall gemessen wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Elektroden-Haut-Impedanz zu eliminieren und nur die Körperimpedanz zu bestimmen.
Impedanz von Körpergewebe
Im Allgemeinen ist die Impedanz von Körpergewebe frequenzabhängig. Dies lässt sich durch die Modellierung des Körpergewebes als Suspension von Zellen in einer leitenden Flüssigkeit, dem so genannten Extrazellularraum beschreiben. Die Zellen selbst werden durch den Intrazellularraum und eine Doppellipidschicht, der Zellmembran, modelliert. Elektrotechnisch lässt sich dies in das Cole-Modell überführen (siehe Abbildung 1, rechts). Hierdurch ergibt sich je nach Frequenz ein unterschiedlicher Strompfad: Während der Strom bei niedrigen Frequenzen primär durch den Extrazellularraum fließt, fließt der Strom bei höheren Frequenzen sowohl durch den Extra- als auch Intrazellularraum. Dies resultiert in einem halbkreisförmigen Impedanzverlauf, wie er beispielsweise in Abbildung 2 dargestellt ist.
Anwendungsgebiete der Bioimpedanzspektroskopie
Die BIS kommt in der Regel zum Einsatz, wenn auf die Zusammensetzung von Gewebe geschlossen werden soll. Ein Beispiel aus dem Alltag ist hierbei die Körperfettwage. Aktuelle Forschungsgebiete sind beispielsweise im Bereich des Lungenmonitorings angesiedelt. Es wird vermutet, dass über die Analyse von BIS-Daten auf vorliegende Krankheiten wie beispielsweise Lungenödeme oder Pneumonien (Entzündungen) geschlossen werden kann. Insbesondere für schwerkranke Patienten, wäre eine nicht-invasive Detektionsmöglichkeit dieser Krankheiten wünschenswert.